This work has been investigated in order to study the influence of the moisture absorption on the mechanical pf the glass fiber/epoxy resein composites and the carbon fiber/epoxy resein composites. The types of glass fiber used in the glass fiber/epoxy resein composites were randomly oriented fiber and plain fabric fiber. And carbon fiber.epoxy resein composites was laminated with fabric prepreg which was formed with carbon fiber and epoxy resein. Both composites were immersed up to 100 days in distilled water at $80^{\circ}C$, and then dried up to 3 days in an oven at 80$80^{\circ}C$. Both composites were measured for the weight gain of water(wt.%) and tensile strength through immersion and dry time. Consequently, it was found that the tensile strength of thw glass fiber/epoxy resein composites and the carbon fiber/epoxy resein composites were reduced proportionally to the moisture absortion rate. Also, the tensile strength of glass fiber composites was decreased more than that of the carbon fiber composites. Additionally, it was found that the tensile strength of all composites which decreased by moisture absorption were partly recovered by drying in an oven at 80$80^{\circ}C$.
$TiO_2$ nanoparticles can be used to improve the performance of carbon fiber-reinforced epoxy resin composites. In this study, the effect of the size of $TiO_2$ nanoparticles on the mechanical properties of carbon fiber-reinforced epoxy resin composites was investigated. The size of the $TiO_2$ nanoparticles was easily controlled using heat treatment. The size of the $TiO_2$ nanoparticles for this study were20nm, 100nm, and 200nm. Three types of carbon fibers with different diameters were also used in this study. The carbon fiber-reinforced epoxy resin composites with 20-nm $TiO_2$ powder showed the highest tensile strength compared to the other types of CFRP, regardless of the fiber maker or fiber diameter. The size of the $TiO_2$ powder and the diameter of the carbon fiber strongly affected the interfacial properties of all kinds of CFRP in this study.
Recently, the amount of thermosetting plastic wastes have increased with the production of reinforced plastic composites and causes serious environmental problems. The epoxy composites, one of the versatile thermosetting plastics with excellent properties, cannot be melted down and remolded as what is done in the thermoplastic industry. In this research, a series of experiments that recovers carbon fibers from carbon fiber reinforced epoxy composites for train body was performed. We experimentally examined various decomposition processes and compared their decomposition efficiencies and mechanical property of recovered carbon fibers. For the prevention of tangle of recovered carbon fibers, each composites specimen was fixed with a Teflon supporter and no mechanical mixing was applied. Decomposition products were analyzed by scanning electron microscope (SEM), gas chromatography mass spectrometer (GC-MS), and universal testing machine (UTM). Carbon fibers could be completely recovered from decomposition process using nitric acid aqueous solution, liquid-phase thermal cracking and pyrolysis. The tensile strength losses of the recovered carbon fibers were less than 4%.
The mechanical properties of carbon fiber-reinforced epoxy composites (CFRPs) are greatly dependent on the interfacial adhesion between the carbon fibers and the epoxy matrix. Introducing nanomaterial reinforcements into the interface is an effective approach to enhance the interfacial adhesion of CFRPs. The main purpose of this work was to introduce graphitic nanofiber (GNFs) between an epoxy matrix and carbon fibers to enhance interfacial properties. The composites were reinforced with various concentrations of GNFs. For all of the fabricated composites, the optimum GNF content was found to be 0.6 wt%, which enhanced the interlaminar shear strength (ILSS) and fracture toughness (KIC) by 101.9% and 33.2%, respectively, compared with those of neat composites. In particular, we observed a direct linear relationship between ILSS and KIC through surface free energy. The related reinforcing mechanisms were also analyzed and the enhancements in mechanical properties are mainly attributed to the interfacial interlocking effect. Such an effort could accelerate the conversion of composites into high performance materials and provide fundamental understanding toward realizing the theoretical limits of interfacial adhesion and mechanical properties.
It is well-known that the mechanical behavior of fiber-reinforced composites under hydrostatic pressure environment is different from that of atmospheric pressure environment. It is also known that the mechanical behavior of fiber-reinforced composites is affected by strain rate. In this work, we investigated the effect of strain rate on the compressional elastic modulus and fracture stress of fiber-reinforced composites under hydrostatic pressure environment. The material used in the compressional test was unidirectional carbon/epoxy composites and the hydrostatic pressures applied was 250 MPa. Compressional tests were performed applying various strain rates of 0.05 %/sec, 0.25 %/sec, 0.45 %/sec, and 0.75 %/sec. The results showed that the elastic modulus increased with increasing strain rate while the fracture stress was little affected by the strain rate.
Al2O3 particles were dispersed into carbon fiber reinforced epoxy composites to fabricate hybrid epoxy based composites. Interface behavior and mechanical properties of these hybrid composites were studied at room and liquid nitrogen temperature and liquid nitrogen temperature and the results were compared with the those of carbon fiber reinforced composites to investigate their applicability at room and cryogenic temperature. Young's modulus in-perpendicular to fiber direction and interlaminar shear strength at room temperature and the thermal contraction down to cryhogenic temperature were improved significantly by the addition of AL2O3 filler into the epoxy matrix. The effect of Al2O3 particle addition on mechanical properties were discussed.
The effect of oxyfluorination temperature on the surface properties of carbon fibers and their reinforced epoxy composites was investigated. Infrared (IR) spectroscopy results for the oxyfluorinated carbon fibers revealed carboxyl/ester (C=O) and hydroxyl (O-H) groups at 1632 and 3450 $cm^{-1}$, respectively, and that the oxyfluorinated carbon fibers had a higher O-H peak intensity than that of the fluorinated ones. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) results indicated that after oxyfluorination, graphitic carbon was the major carbon functional component on the carbon fiber surfaces, while other functional groups present were C-O, C=O, HO-C=O, and $C-F_x$. These components improved the impact properties of oxyfluorinated carbon fibers-reinforced epoxy composites by improving the interfacial adhesion between the carbon fibers and the epoxy matrix resins.
근래에 와서 강화 플라스틱 복합재료의 생산과 함께 열경화성 수지 폐기물들의 양이 급격하게 증가하여 심각한 환경문제를 야기하고 있다. 우수한 기계적 물성을 지닌 유용한 열경화성 수지의 하나인 에폭시 수지는 열가소성 수지처럼 용융되거나 재 성형되지 않는다. 본 연구에서는 철도 차량용 탄소섬유 강화 에폭시 수지 복합재로부터 에폭시 수지를 분해하여 탄소섬유를 회수하는 일련의 실험을 수행하였다. 여러 분해공정들을 실험적으로 조사하여, 분해 효율과 회수되는 탄소섬유의 기계적 물성을 비교 검토하였다. 회수되는 탄소섬유가 서로 엉키는 것을 방지하기 위해서 각 복합재료 시편은 테플론 지지대로 고정시키고, 기계적인 교반을 가하지 않았다. 분해 생성물은 전자현미경(SEM), 기체 크로마토그라피 질량분석기(GC-MS) 및 만능재료시험기를 사용하여 분석하였다. 질산 수용액을 사용하는 분해 공정과 액상 및 기상 열분해 공정에서는 탄소섬유가 완전하게 회수되었다. 회수된 탄소섬유의 인장강도 감소율은 4% 미만으로 미미하였다.
It is generally accepted that fracture toughness of fiber-reinforced polymer composites is affected by loading rate in an atmospheric presure condition. For a present study, the loading rate effect on the fracture toughness of fiber-reinforced laminated composites in the hydrostatic pressure condition was investigated. For this purpose, fracture tests have been conducted using carbon/epoxy composites applying three steps of the strain rate at 270 MPa hydrostatic pressure condition. The loading rates applied were 0.05%/sec, 0.25%/sec, and 0.55%/sec. Fracture toughness was determined from the work factor approach as a function of applied loading rate. The result showed that fracture toughness decreased as the loading rate increased. Specifically, the fracture toughness decreased 12% as the loading rate increased from 0.05%/sec to 0.55%/sec.
It is well-known that the mechanical behavior of fiber-reinforced composites under hydrostatic pressure environment is different from that of atmospheric pressure environment. It is also known that the mechanical behavior of fiber-reinforced composites is affected by a strain rate. In this work, we investigated the effect of strain rate on the compressive elastic modulus, fracture stress, and fracture strain of carbon/epoxy composites under hydrostatic pressure environment. The material used in the compressive test was unidirectional carbon/epoxy composites and the hydrostatic pressures applied was 270㎫. Compressive tests were performed applying three strain rates of 0.05%/sec, 0.25%/sec, and 0.55%/sec. The results showed that the elastic modulus increased with increasing strain rate while the fracture stress was little affected by the strain rate. The results also showed that the fracture strain decreased with increasing strain rate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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